Введение
Людям, живущим в крупныхпромышленных городах, приходится дышать воздухом, перенасыщенным вредными иядовитыми веществами, которые выбрасывают в атмосферу промышленные предприятия.При этом масштабы загрязнения зависят от размеров предприятия, потребляемогосырья. Особенно сильно влияют на загрязнение воздуха предприятия чёрной ицветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, топливнойпромышленности
Газообразные выбросыочень неблагоприятно влияют на экологическую обстановку в местах расположенияэтих промышленных предприятий, а также ухудшают санитарно-гигиенические условиятруда. К агрессивным массовым выбросам относятся окислы азота, сероводород,сернистый, углекислый и многие другие газы.
Например, азотнокислотные,сернокислотные и другие заводы нашей стране ежегодно выбрасывают в атмосферудесятки миллионов кубометров окислов азота, представляющих собой сильный иопасный яд. Из этих окислов азота можно было бы выработать тысячи тонн азотнойкислоты.
Не менее важной задачейявляется очистка газов от двуокиси серы. Общее количество серы, котороевыбрасывается в нашей стране в атмосферу только в виде сернистого газа,составляет около 16 млн. т. в год. Из этого количества серы можно выработать до40 млн. т. серной кислоты.
Значительное количествосеры, главным образом, в виде сероводорода содержится в коксовом газе.
Серосодержащий газ,используемый в металлургической промышленности для обогрева мартеновских инагревательных печей, вызывает угар металла и повышает содержание серы и стали,ухудшая ее качество. Потери металла при этом исчисляются сотнями тысяч тонн вгод.
С дымовыми газами из заводскихтруб и энергетических установок ежегодно выбрасываются в атмосферу несколькомиллиардов кубометров углекислого газа. Этот газ может быть использован дляполучения эффективных углеродсодержащих удобрений.
Приведенные примерыпоказывают, какие огромные материальные ценности выбрасываются в атмосферу сгазообразными выбросами.
Но более серьезный ущербэти выбросы приносят тем, что они отравляют воздушный бассейн в городах и напредприятиях: ядовитые газы губят растительность, крайне вредно действуют наздоровье людей и животных, разрушают металлические сооружения и коррозируютоборудование.
Хотя в последние годыотечественные промышленные предприятия работают не на полную мощность, нопроблема борьбы с вредными выбросами стоит очень остро. А учитывая общуюэкологическую обстановку на планете необходимо принять самые срочные и самыерадикальные меры по очистке выбросных газов от вредных примесей.
Сероводород ценное сырьедля получения серной кислоты.
1. Аналитическая часть
1.1 Описание методовочистки промышленных газов от сероводорода
Сероводород в большинствеслучаев является ядом для катализаторов и живых организмов. Тщательная очисткагазов от сероводорода необходима в производстве синтетического аммиака,синтетических спиртов, при гидрогенизации жиров, в производстве газов бытовогои, применяемого в металлургической промышленности и т.д.
Современные методыочистки промышленных газов от сероводорода подразделяются, в соответствии сагрегатным состоянием поглотителя, на сухие и мокрые способы. В качестве сухихпоглотителей в промышленности широкое распространение получили гидрат окисижелеза и активированный уголь, а в отдельных случаях марганцевые руды.
Мокрые способы очисткигазов от сероводорода (H2S) подразделяются на окислительные,круговые и комбинированные. При окислительных процессах применяют поглотители,окисляющие сероводород до элементарной серы. В комбинированных процессахочистки в качестве поглотителя применяется обычно раствор аммиака, образующийвместе с сероводородом, при его каталитическом окислении, сульфат аммония. Вкруговых процессах применяют слабые щелочи, с которыми сероводород связываетсяв сульфиды, а затем отгоняется от поглотительного раствора в неизменном виде.
Очистка газа отсероводорода гидратом окиси железа. Сущность этого метода заключается в том,что газ пропускают через твердую сыпучую массу, содержащую Fе(ОН)3.При этом сероводород вступает в реакцию с Fе(ОН)3, образуя Fе2S3 и FеS.
Одновременно в газподается небольшое количество воздуха с тем, чтобы содержание кислорода в немне превышало 1%, который окисляет серу, содержащуюся в Fe2S3и FеS и образует снова гидрат окиси железа.
Очистка газа отсероводорода активированным углем состоит в том, что газ пропускается черезслои активированного угля с добавкой к газу кислорода и некоторого количествааммиака, служащего катализатором. При этом на поверхности угля протекаетреакция между сероводородом и кислородом с образованием элементарной серы
2Н2S + О2 = 2S + 2 Н2О+ 106 калл.
Степень очистки газадостигает 85—90%, что удовлетворяет требованиям последующих технологическихстадий переработки газа.
Мокрая очистка газа отсероводорода. В процессе мокрой очистки газ промывается соответствующимпоглотителем, абсорбирующим сероводород. В дальнейшем поглотитель подвергаетсярегенерации с выделением элементарной серы или сероводорода. В зависимости оттипа применяемых поглотителей различают следующие методы мокрой очистки:железощелочной, мышьяковощелочной, никелевый, железоцианидный, этаноламиновый иряд других.
Мышьяковощелочной методочистки газа от сероводорода применяется в двух вариантах: мышьяковосодовом имышьяково-аммиачном.
Технологические схемы иаппаратура мышьяковосодового и мышьяковоаммиачного способов одинаковы, поэтомуодна и та же установка может работать без существенных изменений как по одному,так и по другому способу.
Железоцианидные способыоснованы на окислении Н2S суспензией комплексных соединений железоцианидов в аммиачном растворе.Технологическая схема процесса, аппаратура поглощения Н2S и регенерации раствора аналогичныпроцессам и аппаратам мышьяковощелочных способов очистки газов от Н2S в которых содержится NН3.
Никелевый способ потехнологической схеме и устройству аппаратуры близок к железощелочным методам.В качестве поглотителя применяется 2%-ный раствор кальцинированной соды сдобавкой NiSO4, который служит катализатором для окислениясероводорода в элементарную серу.
Никелевый способ применимдля очистки газов, не содержащих HCN(нефтяные, генераторные и водяные газы), с которой NiSO4 дает устойчивые не регенерируемыесоединения. Степень извлечения сероводорода из газов этим способом достигает – 95%,выход элементарной серы – 85%.
Круговые способы очисткигаза от Н2S.Отличительной особенностью круговых способов очистки газа от Н2S является выделение сероводорода изпоглотителя в концентрированном виде с целью его дальнейшей переработки в серуили серную кислоту. В качестве поглотителя чаще всего применяетсямоноэтаноламин, который кроме сероводорода поглощает также углекислый газ.
Щелочные (карбонатныеспособы). Этот метод нашел применение в ряде стран ввиду сравнительнойдешевизны процесса и низкой стоимости получаемой серы. При регенерациисероводород выделяется в виде концентрированного газа
Этот концентрированныйгаз можно использовать для получения серной кислоты путем сжиганиясероводорода. Возможно также использование его для получения элементарной серыпутем каталитического окисления. Поглотителем служат разбавленные водныерастворы Nа2СОз (30 г/л) или К2СОз.
Усовершенствованиемпроцесса явился вакуум-содовый метод с терморегенерацией поглотительногораствора. В последнее время применяется вакуум-поташный метод, технологическаясхема которого и аппаратурное оформление аналогичны вакуум-содовому.
По степени очистки газа ипростоте лучшим является этаноламиновый способ, при котором достижима очисткагаза до следов сероводорода. В условиях атмосферного давления мышьяково-содовыйспособ (2 ступенчатый) обеспечивает степень очистки газа от H2S 92—98%; при содовом и поташномспособах степень очистки достигает 90%. Под давлением степень очистки впоследних двух способах повышается.
Интенсификация очисткикоксового газа от сероводорода мышьяковосодовым раствором в ротационныхаппаратах. С целью интенсификации процессов абсорбции сероводорода ирегенерации мышьяковосодовоге раствора эти процессы исследовались вгоризонтальных механических абсорберах с большим числом оборотов. Опытыпроводились на установке с использованием промышленного коксового газа,предназначенного для синтеза аммиака.
Горизонтальныймеханический абсорбер имел осевой вал с закрепленными на нем 4 дисками с 12отогнутыми лопатками на каждом диске. Вал абсорбера непосредственно соединен свалом мотора, число оборотов которого регулировалось с помощью реостата.
Конструкция дисков играетважную роль в создании оптимального гидродинамического режима. Лучшимиоказались диски с лопатками, развернутыми навстречу друг другу;
Диски перфорированыотверстиями диаметром 8 мм; общая площадь отверстий 15—18% ко всей площадидиска.
Из сопоставленияпроизводительности реакционных объемов насадочных башен и ротационных аппаратовпри равных условиях можно заключить, что при очистке газов от H2S ротационные аппараты работают интенсивнее насадочных башен в12— 15 раз.
Очистка коксового газа отсероводорода раствором соды в равнопроточных полых башнях. Исследования очисткикоксового газа от сероводорода раствором соды проведены на установке,смонтированной на Днепродзержинском металлургическом заводе. Коксовый газ,очищенный от сероводорода, предназначался для обогрева безокислительной опытнойметодической печи. Установка обеспечила длительную и непрерывную очистку газаот сероводорода.
Основным аппаратомустановки является полая равнопроточная распылительная башня объемнымцентробежным распылителем, приводимым во вращение электродвигателем.
Газ на очистку поступализ газохода через вентиль башню. Расход газа контролировался диафрагмой.Поглотительный раствор поступал в башню из банка через вентиль и ротаметр.Температура и давление в башне контролировалось термометром и манометром. Очищенныйгаз отводился через газоход в смеситель, куда поступал также и воздух; далее газоваясмесь поступала в печь. Отработанный раствор из башни поступал в сборник инасосом подавался на рециркуляцию.
Поглощение сероводородаиз газов раствором цианамида кальция с получением тиомочевины. Донецкиминститутом ИРЕА совместно с Днепропетровским химико-технологическим институтомпроведены исследования по очистке газов от сероводорода раствором СаСN2 с получением тиомочевины.
Абсорбция газов растворомцианамида кальция протекает с большой скоростью. Степень поглощениясероводорода из коксового газа в механическом абсорбере достигала 98—99%.
При этом в раствореобразовывалась тиомочевина, которая отделялась от Са(Н8)г на фильтре и послекристаллизации представляла собой стандартный продукт.
Очистка газов отсероводорода с получением сульфида аммония. Водный раствор аммиака являетсяхорошим поглотителем сероводорода. Взаимодействие NНз и Н2S протекает по уравнениям
NН3 + Н2S = NH4HS;
2 NН3 + Н2S = (NН4)2S.
Однако этот метод до сихпор не нашел практического применения вследствие сложности и дороговизнырегенерации сульфидных соединений аммония с возвратом аммиака в процесс.
Устранение дорогостоящейи сложной операции (регенерации раствора с возвратом аммиака в процесс) делаетэтот метод экономически рентабельным.
Указанный методобеспечивает полную очистку газа от сероводорода с одновременным получениемсульфида аммония.
Очистка коксового газа отсероводорода и других примесей торфоаммиачным поглотителем. Основныминедостатками существующих методов очистки коксового газа являетсямногостадийность процесса, громоздкость аппаратуры, большие капитальные иэксплуатационные затраты. С целью устранения этих недостатков исследованпроцесс очистки коксового газа с помощью торфощелочного сорбента в непрерывнодействующем аппарате с кипящим слоем. Отличительной особенностью этого методаявляется его непрерывность, одностадийность, компактность и попутное получениедешевых органоминеральных удобрений.
Адсорбционно-каталитическиеметоды применяют для очистки промышленных выбросов от диоксида серы, сероводородаи серо-органических соединений. Катализатором окисления диоксида серы втриоксид и сероводорода в серу служат модифицированный добавками активированныйуголь и другие углеродные сорбенты. В присутствии паров воды на поверхностиугля в результате окисления SO2 образуется серная кислота, концентрация которойв адсорбенте составляет в зависимости от количества водяного пара прирегенерации угля от 15 до 70%.
Активаторами этойкаталитической реакции служат водяной пар и аммиак, добавляемый к очищаемому газув количестве ~0,2г/м3. Активность катализатора снижается по мере заполнения егопор серой и когда масса S достигает 70—80% от массы угля, катализаторрегенерируют промывкой раствором (NH4)2S. Промывной раствор полисульфидааммония разлагают острым паром с получением жидкой серы.
Представляет большойинтерес очистка дымовых газов ТЭЦ или других отходящих газов, содержащих SO2(концентрацией 1-2% SO2), во взвешенном слое высокопрочного активного угля сполучением в качестве товарного продукта серной кислоты и серы.
Другим примеромадсорбционно-каталитического метода может служить очистка газов от сероводородаокислением на активном угле или на цеолитах во взвешенном слоеадсорбента-катализатора.
Широко распространенспособ каталитического окисления токсичных органических соединений и оксидауглерода в составе отходящих газов с применением активных катализаторов, нетребующих высокой температуры зажигания, например металлов группы платины,нанесенных на носители.
В промышленностиприменяют также каталитическое восстановление и гидрирование токсичных примесейв выхлопных газах. На селективных катализаторах гидрируют СО до CH4 и Н2О,оксиды азота – до N2 и Н2О etc. Применяют восстановление оксидов азота вэлементарный азот на палладиевом или платиновом катализаторах.
Каталитические методы получаютвсе большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичныхпримесей (до 99,9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении,а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методыпозволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создаватьэнерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты вэксплуатации и малогабаритны.
Недостаток многихпроцессов каталитической очистки – образование новых веществ, которые подлежатудалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняетустановку и снижает общий экономический эффект.
Абсорбционный метод.Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента вжидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Вовтором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкостьиспользуют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию,выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованиемпоглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно кполучению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можноназвать: получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве сернойкислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты);
получение солей(абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратныхщелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получениемсульфата кальция);
других веществ (абсорбцияNH3 водой для получения аммиачной воды и др.).
Схемы с многократнымиспользованием поглотителя (циклические процессы) распространены шире. Ихприменяют для улавливания углеводородов, очистки от SO2 дымовых газов ТЭС,очистки вентгазов от сероводорода железно-содовым методом с получениемэлементарной серы, моноэтаноламиновой очистки газов от CO2 в азотнойпромышленности.
В зависимости от способасоздания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные ираспыливающие абсорбционные аппараты.
В первой группе аппаратовповерхностью контакта между фазами является зеркало жидкости или поверхностьтекучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, в которыхжидкость стекает по поверхности загруженной в них насадки из тел различнойформы.
Во второй группеабсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоковгаза в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путемпропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонноготипа с тарелками различной формы.
В третьей группеповерхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа.Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяетсядисперсностью распыленной жидкости.
1.2 Аппаратное оформлениеметодов очистки промышленного газа от сероводорода
Аппараты, в которыхосуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другиепроцессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтомуабсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью игазом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условноразделить на следующие группы: 1) поверхностные и пленочные; 2) насадочные; 3)барботажные (тарельчатые); 4) распыливающие.
Следует отметить, чтоаппараты большинства конструкций, приводимых ниже, весьма широко применяются идля проведения других массообменных процессов.
Наибольшеераспространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатыеабсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемыйкомпонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химическивзаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3,NO2. Для абсорбции газов с меньшей растворимостью (SO2, Cl2, H2S) используютщелочные растворы на основе NaOH или Ca(OH)2. Добавки химических реагентов вомногих случаях увеличивают эффективность абсорбции благодаря протеканиюхимических реакций в пленке. Для очистки газов от углеводородов этот метод на практикеиспользуют значительно реже, что обусловлено, прежде всего, высокой стоимостьюабсорбентов. Общими недостатками абсорбционных методов является образованиежидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления.
1.2.1 Поверхностные ипленочные абсорберы
В абсорберах этого типаповерхностью соприкосновения фаз является зеркало неподвижной или медленнодвижущейся жидкости, или же поверхность текущей жидкой пленки.
Поверхностные абсорберы.Эти абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов (например, дляпоглощения хлористого водорода водой). В указанных аппаратах газ проходит надповерхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости (рис. 1). Так какповерхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколькопоследовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутсяпротивотоком друг к другу. Для того чтобы жидкость перемещалась по абсорберамсамотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколькониже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратахустанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, либопомещают абсорберы в сосуды с проточной водой.
Более совершеннымаппаратом такого типа является абсорбер (рис. 2), состоящий из ряда горизонтальныхтруб, орошаемых снаружи водой. Необходимый уровень жидкости в каждом элементе 1такого аппарата поддерживается с помощью порога 2.
Пластинчатый абсорбер(рис.3) состоит из двух систем каналов: по каналам 1 большого сечения движутсяпротивотоком газ и абсорбент, по каналам 2 меньшего сечения – охлаждающий агент(как правило, вода). Пластинчатые абсорберы обычно изготавливаются из графита,так как он является химически стойким материалом, хорошо проводящим тепло.
Поверхностные абсорберыимеют ограниченное применение вследствие их малой эффективности и громоздкости.
Пленочные абсорберы. Этиаппараты более эффективны и компактны, чем поверхностные абсорберы. В пленочныхабсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленкижидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: 1)трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой;3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.
Трубчатый абсорбер(рис.4) сходен по устройству с вертикальным кожухотрубчатым теплообменником.Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку 1, распределяется по трубам 2 истекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В аппаратах сбольшим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости потрубам используют специальные распределительные устройства. Газ движется потрубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. Для отвода теплаабсорбции по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающийагент.
Абсорбер с плоскопараллельнойнасадкой (рис.5). Этот аппарат представляет собой колонну с листовой насадкой 1в виде вертикальных листов из различного материала (металл, пластические массыи др.) или туго натянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорберанаходятся распределительные устройства 2 для равномерного смачивания листовойнасадки с обеих сторон.
Абсорбер с восходящимдвижением пленки (рис.2.1.6) состоит из труб 1, закрепленных в трубных решетках2. Газ из камеры 3 проходит через патрубки 4, расположенные соосно с трубами 1.Абсорбент поступает в трубы через щели 5. – движущийся с достаточно большойскоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения (снизувверх), т. е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. По выходе изтруб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера.Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают охлаждающийагент. Для увеличения степени извлечения применяют абсорберы такого типа,состоящие из двух или более ступеней, каждая из которых работает по принципупрямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутсяпротивотоком друг к другу. В аппаратах с восходящим движением пленки вследствиебольших скоростей газового потока (до 30 – 40 м/сек) достигаются высокиезначения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидравлическоесопротивление этих аппаратов относительно велико.
1.2.2 Насадочныеабсорберы
Широкое распространение впромышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой – твердымителами различной формы. В насадочной колонне (рис.7) насадка 1 укладывается наопорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стокажидкости. Последняя с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочныетела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерное распределениежидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночнымэффектом – большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чему ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться отцентральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачиваниянасадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями(секциями) высотой 2 – 3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливаютперераспределители жидкости 4.
В насадочной колоннежидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки,поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхностьнасадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных.Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высотеаппарата, а в насадочных абсорберах – только по высоте элемента насадки. Приперетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкостиразрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом частьжидкости проходит через расположённые ниже слои насадки в виде струек, капель ибрызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной)жидкостью.
1.2.3 Барботажные(тарельчатые) абсорберы
Тарельчатые абсорберыпредставляют собой, как правило, вертикальные колонны, внутри которых наопределенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки –тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз имногократное взаимодействие жидкости и газа.
В настоящее время впромышленности применяются разнообразные конструкции тарельчатых аппаратов. Поспособу слива жидкости с тарелок барботажные абсорберы можно подразделить наколонны: 1) с тарелками со сливными устройствами и 2) с тарелками без сливныхустройств.
Тарельчатые колонны сосливными устройствами. В этих колоннах перелив жидкости с тарелки на тарелкуосуществляется при помощи специальных устройств – сливных трубок, карманов и т.п. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках иобразуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождения газа черезсливное устройство.
Принцип работы колоннтакого типа виден из рис.8, где в качестве примера показан абсорбер с ситчатымитарелками. Жидкость поступает на верхнюю тарелку 1, сливается с тарелки натарелку через переливные устройства 2 и удаляется из нижней части колонны. Газпоступает в нижнюю часть аппарата, проходит последовательно сквозь отверстияили колпачки каждой тарелки. При этом газ распределяется в виде пузырьков иструй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основнойобластью массообмена и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляетсясверху колонны.
Переливные трубкирасполагают на тарелках таким образом, чтобы жидкость на соседних тарелкахпротекала во взаимнопротивоположных направлениях. За последнее время все ширеприменяют сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке иограниченных порогом – переливом.
К тарелкам со сливнымиустройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные и балластные,пластинчатые и др.
Колонны с тарелками безсливных устройств (рис.9). В тарелке без сливных устройств газ и жидкостьпроходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно свзаимодействием жидкости и газа путем барботажа происходит сток части жидкостина нижерасположенную тарелку – «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такоготипа обычно называют провальными. К ним относятся дырчатые, решетчатые,трубчатые и волнистые тарелки.
1.2.4 Распыливающиеабсорберы
В абсорберах этого типатесный контакт между фазами достигается путем распиливания или разбрызгиванияразличными способами жидкости в газовом потоке.
Полый распиливающийабсорбер (рис.10) представляет собой колонну, в верхней части корпуса 1 которойимеются форсунки 2 для распыливания жидкости (главным образом механические). Враспыливающих абсорберах объемные коэффициенты массопередачи быстро снижаютсяпо мере удаления от форсунок вследствие коалесценции капель и уменьшенияповерхности фазового контакта. Поэтому оросители (форсунки) в этих аппаратахобычно устанавливают на нескольких уровнях.
К достоинствам полыхраспиливающих абсорберов относятся: простота устройства, низкое гидравлическоесопротивление, возможность работы с загрязненными газами, легкость осмотра,очистки и ремонта. Недостатки этих аппаратов: невысокая эффективность,значительный расход энергии на распиливание жидкости, трудность работы сзагрязненными жидкостями, необходимость подачи больших количеств абсорбента дляувеличения количества капель и соответственно – поверхности контакта фаз,низкие допустимые скорости газа, значения которых ограничены уносом капельжидкости.
Распиливающие абсорберыприменяются главным образом для поглощения хорошо растворимых газов, так каквследствие высокой относительной скорости фаз и турбулизации газового потокакоэффициенты массоотдачи в газовой фазе в этих аппаратах достаточно высоки.
Значительно болееэффективными аппаратами являются прямоточные распиливающие абсорберы, в которыхраспыленная жидкость захватывается и уносится газовым потоком, движущимся сбольшой скоростью (20 – 30 м/сек и более), а затем отделяется от газа всепарационной камере. К аппаратам такого типа относится абсорбер Вентури (рис.11), основной частью которого является труба Вентури. Жидкость поступает вконфузор 1 трубы, течет в виде пленки и в горловине 2 распиливается газовымпотоком. Далее жидкость выносится газом в диффузор 5, в котором постепенноснижается скорость газа, и кинетическая энергия газового потока переходит вэнергию давления с минимальными потерями. Сепарация капель происходит в камере4.
К распиливающим относятсятакже механические абсорберы, в которых разбрызгивание жидкости производится спомощью вращающихся устройств, т. е. с подводом внешней энергии для образованиявозможно большей поверхности контакта фаз между газом и жидкостью.
/>На рис.12 представлена схема роторного центробежногоабсорбера с вертикальным вращающимся валом. В этом аппарате вращающиеся тарелки1, укрепленные на валу, чередуются с неподвижными тарелками 2, которые крепятсяк корпусу колонны. Тарелки 1 снабжены кольцевыми вертикальными ребрами 3, атарелки 2 – коаксиальными ребрами. При таком устройстве между вращающимися инеподвижными тарелками образуются кольцевые каналы. Жидкость поступает вцентральную часть колонны и под действием центробежной силы разбрызгиваетсякромкой вращающегося ребра. Капли пролетают пространство, заполненное газом иударяются о стенку соответствующего ребра неподвижной тарелки. Таким образомпри движении жидкости от центра к периферии тарелки происходит многократноеконтактирование фаз.
Механические абсорберыкомпактнее и эффективнее распиливающих абсорберов других типов. Однако онизначительно сложнее по устройству и требуют больших затрат энергии наосуществление процесса.
Во многих случаях всистемах газ – жидкость для диспергирования одной фазы в другой оказываетсядостаточным использование энергии потока газа, взаимодействующего с жидкостью,и подвод внешней энергии для этой цели нецелесообразен.
2. Основная часть
2.1 Выбор и описаниепринятой технологической схемы очистки коксового газа от сероводорода
Для очистки коксовогогаза от сероводорода, мы воспользуемся вакуум-карбонатным методом. Цех очисткикоксового газа от сероводорода вакуум-корбонатным методом включает отделениеулавливания и регенерации насыщенного поглотительного раствора и отделениеполучения серной кислоты методом мокрого катализа. Для улавливания сероводородаиз коксового газа используют водные растворы соды (Na2CO3) или поташа(K2CO3).
На рисунке 14 приведенатехнологическая схема установки очистки коксового газа от сероводородавакуум-корбонатным методом.
Коксовый газ послебензольных скрубберов поступает в серные скрубберы 1, где орошается 5%-нымпоглотительным раствором соды (или 15-20%-ным раствором поташа). В скрубберепротекает основная реакция
Me2CO3+ H2S=2MeHCO3+MeHS
и побочные реакции
Me2CO3+ CO2+H2O=2 MeHCO3
Me2CO3+HCN= MeCN+MeHCO3
MeHS+ CO2+H2O=MeHCO3+ H2S
Коксовый газ, очищенныйот сероводорода, цианистого водорода, углекислоты, направляется потребителю.Содержание сероводорода в обратном газе составляет 2-3г/м3. Настепень улавливания сероводорода существенно влияет температура. Практическитемпература газа перед скруббером поддерживается не выше 300С, послескруббера 32-350С, температура раствора, поступающего наулавливание, 37-400С. С повышением температуры улавливаниеуменьшается растворимость сероводорода и увеличивается его потери с обратным газом.
Насыщенный сероводородомпоглотительный раствор из нижней части скруббера 1 насосом 2 передается наверхрегенератора 6, пройдя до этого верхнюю секцию конденсатора-холодильника 3теплообменника 4 и паровой подогреватель 5, в котором подогревается до 65-700Си поступает в нижнюю часть регенератора. В паровых циркуляционныхподогревателях 7 раствор подогревается греющим паром.
Насыщенный раствор,поступающий на одну из верхних тарелок регенератора 6, стекает по тарелкамсверху вниз. При этом он продувается парами, образовавшимися в результатеиспарения раствора, нагреваемого в циркуляционном подогревателе.
Процесс регенерациинасыщенного сероводородом раствора соды (или поташа) заключается в смещенииравновесия обратимой реакции, протекающей в скруббере в сторону выделениясероводорода с одновременным снижением его давления в системе. Основнойреакцией регенерации является реакция между гидрокарбонатом натрия (или калия)с гидросульфидом натрия (или калия):
MeHCO3+MeHS= Me2CO3+ H2S
Образовавшийсясероводород отсасывается одновременно с водяными парами вакуум-насосом 11, приэтом равновесная реакция нарушается и идет в правую сторону до конца.Разложение гидросульфида и выделение сероводорода происходит до тех пор, пока врастворе присутствует бикарбонат натрия (или калия). Скорость десорбциисероводорода зависит от температуры кипения раствора, т.е. величины вакуума иконцентрации в растворе бикарбоната. Оптимальной температуры регенерациипоглотительного раствора является 55-600С. При этой температурескорость десорбции сероводорода имеют максимальную величину. При повышениитемпературы может происходить разложение бикарбоната натрия (или калия) пореакции:
/>MeHCO3 Me2CO3+ CO2+H2O
В отсутствии бикарбонатагидросульфид (NaHS) разлагается с образованием сульфиданатрия (Na2S). В растворе остается около 50% серы, что значительноухудшает процесс улавливания. Чтобы предупредить бикарбонат от разложения исохранить его для реакции с гидросульфидом с целью выделения сероводорода,температура процесса регенерации не должна превышать 750С.Совмещение низкой температуры процесса и кипения раствора достигается ведениемего под вакуумом порядка 79,9-82,6кПа (600-620 мм.рт.ст.), который создается вакуум-насосом.
Образовавшиеся врегенераторе пары воды вместе с выделившимся сероводородом, углекислоты ицианистым водородом отсасываются в конденсатор-холодильник 3, верхняя секциякоторого охлаждается насыщенным поглотительным раствором, а нижняя – водой.
Образующийся вконденсаторе-холодильнике конденсат по барометрической трубе стекает в сборникрегенерированного раствора 8, куда поступает также регенерированный раствор изрегенератора, а концентрированный сероводородный газ засасываетсявакуум-насосом 11, который подает его на установку для получения сернойкислоты.
Горячий регенерированныйраствор из сборника 8 насосом 9 прокачивается через теплообменник 4 иоросительные холодильники 10. Охлажденный до 35-420С раствор сновавозвращается в скрубберы для улавливания сероводорода. Общая щелочность поташногои содово-поташного раствора 110-150 г/л, а содового – 45-55г/л; содержаниесероводорода не должно превышать 3,5г/л для поташного, 2,5 г/л для содового и3,5 г/л для содово-поташного раствора; суммарное содержание не регенерированныхсолей не должно превышать летом 200 г/л, зимой 150 г/л.
Для экономии тепла,расходуемого на подогрев поглотительного раствора перед регенераторамипредусматривается использование отбросного тепла надсмольной воды или коксовогогаза.
Достоинстваспособа – компактность и простота аппаратурного оформления; надежность вработе; возможность получения концентрированной серной кислоты для нуждкоксохимического производства.
2.2Краткое описание и сравнительная характеристика аппаратов, для принятой схемыочистки коксового газа от сероводорода
Для улучшения контактагаза с жидкостью применяют смачиваемую насадку, которую встраивают в полыйскруббер. Такой скруббер называют насадочным (рис.16). Корпус скруббера снасадкой обычно изготавливают из металла и реже из других материалов. Внутрьаппарата на специальную решетку, которую называют колосниковой, помещаютнасадку. В верхней части аппарата над насадкой располагают оросительноеустройство, состоящее из различного вида разбрызгивателей или форсунок. Газвводят в нижнюю часть скруббера под насадку. Он движется снизу вверх, проходитчерез смоченную поверхность насадки и в верхней части аппарата выходит черезпатрубок. Жидкость, смачивающая насадку, стекает с ее поверхности в бункер,откуда через гидрозатвор выводится из аппарата. Если скруббер с насадкойработает под повышенным давлением газа, для поддержания требуемого уровняжидкости в бункере устанавливают поплавковую камеру. Типы насадок выбирают взависимости от условий работы скруббера (рис.16).
В насадочных скрубберахгаз движется по смоченным каналам, образуемым элементами насадки. Проходя черезнасадку, газ многократно изменяет направление движения. В результате этогосодержащаяся в газе пыль или капельные компоненты по инерции попадают насмоченную поверхность насадки и смываются стекающей жидкостью. Поэтому вскрубберах с насадкой пыль улавливается более эффективно, чем в полых. Нозачастую пыль при увлажнении осаждается в отверстиях насадки, забивая их. Приэтом резко возрастает гидравлическое сопротивление проходу газа и снижаетсяпроизводительность скруббера. Загрязнение насадки весьма трудно устранить,поэтому в большинстве случаев насадку извлекают из аппарата для ее очистки.
Скрубберы с насадками неоправдали себя как пылеуловители. В последнее время их стали заменять болееэффективными мокрыми аппаратами, эксплуатация которых не вызывает затруднений.Насадочные скрубберы широко применяют как абсорберы для улавливания из газа такихкомпонентов, как SО2, НСl, Н2S и др., а также для охлаждения иувлажнения мало запыленного газа.
Выбор насадок. Для тогочтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим основнымтребованиям: 1) обладать большой поверхностью в единице объема; 2) хорошосмачиваться орошающей жидкостью; 3) оказывать малое гидравлическое сопротивлениегазовому потоку; 4) равномерно распределять орошающую жидкость; 5) быть стойкойк химическому воздействию жидкости и газа, движущихся в колонне; 6) иметь малыйудельный вес; 7) обладать высокой механической прочностью; 8) иметь невысокуюстоимость.
Насадок, полностьюудовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, так как, например,увеличение удельной поверхности насадки влечет за собой увеличениегидравлического сопротивления аппарата и снижение предельных нагрузок. Впромышленности применяют разнообразные по форме и размерам насадки (рис.16),которые в той или иной мере удовлетворяют требованиям, являющимся основными припроведении конкретного процесса абсорбции. Насадки изготавливают изразнообразных материалов (керамика, фарфор, сталь, пластмассы и др.), выборкоторых диктуется величиной удельной поверхности насадки, смачиваемостью икоррозионной стойкостью.
В качестве насадкииспользуют также засыпаемые навалом в колонну куски кокса или кварца размерами25 – 100 мм. Однако вследствие ряда недостатков (малая удельная поверхность,высокое гидравлическое сопротивление и т.д.) кусковую насадку сейчас применяютредко.
Широко распространенанасадка в виде тонкостенных керамических колец высотой, равной диаметру (кольцаРашига), который изменяется в пределах 15 – 150 мм. Кольца малых размеров засыпают в абсорбер навалом (рис.16, а). Большие кольца (размерами неменее 50 X 50 мм) укладывают правильным и рядами, сдвинутыми друг относительнодруга (рис.16, б). Этот способ заполнения аппарата насадкой называют загрузкойв укладку, а загруженную таким способом насадку – регулярной. Регулярнаянасадка имеет ряд преимуществ перед нерегулярной, засыпанной в абсорбернавалом: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большиескорости газа. Однако для улучшения смачивания регулярных насадок необходимоприменять более сложные по конструкции оросители. Хордовая деревянная насадка(рис.16, 7) обычно используется в абсорберах, имеющих значительный диаметр.Основное ее достоинство – простота изготовления, недостатки – относительнонебольшая удельная поверхность и малый свободный объем.
При выборе размеровнасадки следует учитывать, что чем больше размеры ее элемента, тем вышедопустимая скорость газа (и соответственно – производительность абсорбера) иниже его гидравлическое сопротивление. Общая стоимость абсорбера с насадкой изэлементов больших размеров будет ниже за счет уменьшения диаметра аппарата, несмотряна то, что его высота несколько увеличится по сравнению с высотой аппарата,имеющего насадку меньших размеров (вследствие снижения удельной поверхностинасадки и интенсивности массопередачи).
Мелкая насадкапредпочтительнее также при проведении процесса абсорбции под повышеннымдавлением, так как в этом случае гидравлическое сопротивление абсорбера неимеет существенного значения. Кроме того, мелкая насадка, обладающая большейудельной поверхностью, имеет преимущества перед крупной тогда, когда для осуществленияпроцесса абсорбции необходимо большое число единиц переноса или теоретическихступеней изменения концентраций.
Основными достоинстваминасадочных колонн являются простота устройства и низкое гидравлическоесопротивление. Недостатки: трудность отвода тепла и плохая смачиваемостьнасадки при низких плотностях орошения. Отвод тепла из этих аппаратов иулучшение смачиваемости достигаются путем рециркуляции абсорбента, чтоусложняет и удорожает абсорбционную установку. Для проведения одного и того жепроцесса требуются насадочные колонны обычно большего объема, чем барботажные.
Насадочные колонны малопригодны при работе с загрязненными жидкостями. Для таких жидкостей в последнеевремя стали применят/> абсорберы с «плавающей» насадкой. Вэтих абсорберах в качестве насадки используют главным образом легкие полые илисплошные пластмассовые шары, которые при достаточно высоких скоростях газапереходят во взвешенное состояние.
В абсорберах с«плавающей» насадкой допустимы более высокие скорости газа, чем в абсорберах снеподвижной насадкой. При этом увеличение скорости газа приводит к большемурасширению слоя шаров и, следовательно, к незначительному увеличениюгидравлического сопротивления аппарата.
Количество жидкости,которое следует подавать на каждый 1 м2 сечения насадки скруббера,называют плотностью орошения. Оно зависит от типа насадки и назначенияскруббера и определяется расчетом. При использовании насадочного скруббера дляохлаждения и увлажнения газа плотность орошения водой составляет 5 – 20м3/(м2-ч).
Насадочные скрубберы нетребуют тонкого распыления воды, поэтому напор перед распылителями обычноневелик и составляет 50 – 100 кПа. Ввиду того что после выхода газа изскруббера с насадкой наблюдается некоторое механическое увлечение капелекжидкость газовым потоком, за скруббером, если это необходимо, следуетпредусматривать каплеуловители. В качестве каплеуловителей могут служить сухойслой насадки из колец Рашига, слой стружки с опилками или аппараты инерционногодействия.
3. Расчет абсорберадля улавливания сероводорода из коксового газа
3.1 Исходные данные
Количество коксового газа, м3/час Q = 20000,0 Температура, ˚С t = 30
/>Давление избыточное, мм. рт. ст.
Pизб = 59,0
Плотность коксового газа, кг/м3 ρ = 0,550
Вязкость газа динамическая, Н·сек/м2
μ = 0,01307· 10-3
Содержание H2S в коксовом газе на входе в скруббер, г/м3
а1 =19,0
Содержание H2S в коксовом газе на выходе из скруббера, г/м3
а2 =1,0
3.2 Материальныйбаланс
Количество поглощенного H2S
GH/>S = />, (1)
где Q – количество коксового газа, м3/час;
а1, а2– содержание H2S вкоксовом газе на входе и выходе из скруббера, г/м3.
GH/>S = />= 360 кг/час
Коэффициент улавливания
η= 1 — />; (2)
η= 1 — />= 0,9474, т.е.95%
Определение диаметраскруббера.
Для определения диаметрааппарата необходимо привести количество коксового газа к фактическим условиямпо содержанию водяных паров, температуре и давлению.
Qt= />; (3)
Qt=/>=20598,69 м3/ч
Объемный расход коксовогогаза с водяным паром, м3/ч
QH/>O= Qt/>/> (4)
где: Qt- объем сухого коксового газа, м3/ч;
pH/>O – парциальное давление водяных паровпри температуре 30˚С
Pсух – давление сухого коксового газа приt = 30˚С
QH/>O= 20598,7 />= 823,6566 м3/ч;
Общий объем коксовогогаза
Qобщ= Qt+ QH/>O (5)
Qобщ = 20598,69 + 823,6566 =21422,346 м3/ч
Для определения диаметрааппарата необходимо выбрать насадку скруббера. Принимаем в качестве насадкикерамические кольца 50/>50/>5 мм.
Характеристику насадкиопределяют по таблице (1):
– свободный объем V = 0,785м3/ м3;
– удельная поверхностьнасадки f = 87,5 м3/ м3.
Для определения скоростигаза в аппарате используют эквивалентный диаметр:
dэкв = /> (6)
где: Vc – свободный объем насадки м3/м3;
f – удельная поверхность, м3/м3.
dэкв = />= 0,036 м.
Критическую скоростьможно определить, пользуясь критерием Рейнольдса:
Re = /> (7)
При Re = 2330
= 2,32 />=/>= 1,5314/>1,5 м/с
Определяем живое сечениеаппарата:
Fж = />/>/> (8)
Fж = /> = 3,9671/>4 м2
Определяем общее сечениеаппарата:
/>
Fоб = /> (9)
где: Vс –свободный объем насадки, м3/ м3
Fоб = /> = 5,09 м2
Определяем диаметрскруббера:
d = /> (10)
d =/>= 2,5 м
3.3 Определениедвижущей силы процесса и количества поглотителя
Движущая сила процессаабсорбции H2Sкоксового газа содовым раствором определяется как разность парциальных давленийH2S в коксовом газе и поглотительномрастворе на входе в аппарат и выходе из него.
Для определения движущейсилы определяются парциальные давления H2S вкоксовом газе на входе в скруббер и выходе из него.
Парциальное давление H2S в газе на входе в скруббер
р1вх = Рвх/> (11)
где: Рвх –общее давление газа на входе, мм рт.ст.;
а1 –содержание H2S в коксовом газе на входе, г/м3;
МH/>S– мольная масса H2S, кг/кмоль.
МH/>S = 34 г/моль
Рвх = 760 +59,0 = 819 мм рт.ст
р1вх = />= 10,2519 мм рт.ст.
Парциальное давление H2S на выходе из скруббера:
р2 вых = Рвых/> (12)
Принимаем сопротивлениескруббера />Р= 10 мм рт.ст., тогда давление коксового газа на выходе из скруббера
Рвых = Рвх+ />Р (13)
Рвых = 819- 10= 809 мм рт.ст.
р2 вых = 809 /> = 0,5329 мм рт.ст.
Принимаем в качествепоглотителя H2Sсодовый раствор 1N концентрации, поступающий на скруббер после регенератора.
Определяем равновеснуюконцентрацию H2S всодовом растворе, поступающем в скруббер:
р2вых = 0,014С1р3,22 мм рт.ст. (14)
где: С1р – равновеснаяконцентрация H2S в поступающем растворе, соответствующая давлению H2S в коксовом газе, г/ дм3. Тогда:
С1р = /> (15)
С1р = />= 3,0963 г/дм3
Для обеспечения движущейсилы процесса принимаем концентрацию H2S в поступающем растворе С1= 2,5 г/дм3.
Определяем равновеснуюконцентрацию H2S в содовом растворе, выходящем из скруббера:
С2р = /> (16)
где: р1вх –парциальное давление H2S в коксовом газе на входе в скруббер,мм рт.ст.
С2р = /> = 7, 7562г/дм3
Принимаем концентрацию H2S в растворе С2 = 7 г/ дм3.
3.4 Определениенеобходимого количества поглотителя
Действительное количествопоглотителя
Gд = /> (17)
где: GH/>S – количество поглощенного H2S в граммах;
С1, С2– содержание H2S в растворе на входе и выходе из скруббера.
Gд = /> = 80000 дм3/час = 80 м3/час
Минимальное количествопоглотителя
Gmin = /> (18)
где:C2р – равновесное содержаниесероводорода в растворе на выходе из скруббера, г/дм3.
Gmin = /> = 68571,428 дм3/час /> 68,5714 м3/час
3.5 Проверка насадкина смачиваемость и затапливаемость
Для обеспеченияудовлетворительной смачиваемости насадки необходимо подавать раствор вколичестве, превышающем 2 литра на погонный метр насадки в минуту.
Периметр орошения вскруббере, заполненном выбранной ранее насадкой, можно определить:
П = Fобщּf (19)
где: Fобщ – общее сечение аппарата, м2;
f = 87,5 – удельная поверхностьнасадки, м2/м3
П = 5,09 ּ87,5= 445,375 м
Линейная плотностьорошения
q = /> (20)
q = />= 2,566 />2,5 дм3/мм;
2,5/>2
следовательно,смачиваемость насадки удовлетворительная.
Движущая сила процессаабсорбции может быть определена путем нахождения парциального давления H2S над раствором и парциального давления H2S газа при различном его содержании от 1 до 19 г/м3.
Парциальное давление приразличных концентрациях определяется:
РH/>S/>= Роб/>ּаі/>, (21)
а концентрация H2S в растворе определяется:
Рр(і) = 0,014 (Сір)3,22(22)
Равновесное давление газавычисляется по уравнению (14).
Полученные значениярассчитанных параметров вносятся в таблицу 1.
Таблица 1
Содержание
H2S в газе
г/м3
(аі)
Давление
коксового
газа
на входе
в скрубер
мм рт.ст.
(Роб)
Парциальное
давление
H2S в газе
м рт.ст
(Рі)
Концентра-
ция H2S в
рас творе,
г/дм3
(Сі)
Равновесное
давление
H2S с рабо-
чим раство-ром
(Рр)і
Рі-(Рр)і
/> 1 2 3 4 5 6 7 1 809,10 0,533 2,5 0,268 0,265 3,773 2 809,65 1,067 2,75 0,364 0,703 1,422 3 810,20 1,601 3,0 0,481 1,12 0,892 4 810,75 2,136 3,25 0,623 1,513 0,661 5 811,30 2,672 3,5 0,790 1,882 0,531 6 811,85 3,209 3,75 0,987 2,222 0,450 7 812,40 3,746 4,0 1,215 2,531 0,395 8 812,95 4,285 4,25 1,477 2,808 0,356 9 813,50 4,823 4,50 1,776 3,047 0,328 10 814,05 5,363 4,75 2,114 3,249 0,308 11 814,60 5,903 5,0 2,493 3,41 0,293 12 815,15 6,444 5,25 2,917 3,527 0,283 13 815,70 6,986 5,50 3,389 3,597 0,278 14 816,25 7,528 5,75 3,910 3,618 0,276 15 816,80 8,072 6,0 4,485 3,587 0,279 16 817,35 8,616 6,25 5,115 3,501 0,286 17 817,90 9,160 6,50 5,803 3,357 0,298 18 818,45 9,706 6,75 6,554 3,152 0,317 19 819 10,251 7,0 7,368 2,883 0,347
Шаг определения измененияобщего давления коксового газа на входе в скруббер (Роб і):
1) Робщ.к.г.навх.в скр. – Робщ.к.г.на вых.из скр. = 10 мм рт.ст.
2)/> — шаг изменения Роб і коксового газа
/> = 0,55 мм рт.ст.
Концентрацию H2S в растворе высчитываем с помощьюшага:
/>=/>г/дм3
Движущая сила абсорбциидля аппарата может быть определена как:
– средняя арифметическая
/>Рср = /> (23)
где: (Р-Рр)нач– движущая сила в начале аппарата;
(Р-Рр)кон– движущая сила в конце аппарата
– средняя логарифмическая
/>Рлог = /> (24)
– интегральная
/> Ринт = /> (23)
Тогда движущая силасоставляет:
/>Рср = />= 1,574 мм рт.ст.
/>Рлог = />= 1,320 мм рт.ст.
/> Ринт = />= 1,56119 мм рт.ст.
Принимаем движущую силусреднюю Р = 1,574 мм рт.ст.
3.6 Определениекоэффициентов абсорбции и поверхности абсорбции
Общий коэффициентабсорбции
К = /> (26)
К = f (Reг, Prг, Dг, /> ) (27)
где: Кг, Кж– коэффициент массопередачи через газовую и жидкую пленки.
Кг = Nuг/> (28)
Кж = Nuж/> (29)
где: Dг – коэффициент диффузии газовой фазы;
Dж –коэффициент диффузии жидкой фазы.
Dг= 0,000016 м2/сек
Dж= 1,61ּ10-9м2/сек
Nuг = 0,167ּ Reг0,74ּ Prг0,33ּ (/>)0,47(30)
Nuж = 0,21ּReж ּ Prж0,5(31)
где: d – диаметраппарата, м;
H – высота аппарата;
L – высота элементанасадки, м;
L = 0,05 м
Рассчитаем критерий Nuг
Reг =/>; Reг = 2320
Prг = />,
где Сг =1370,113/>, />= 0,0406 />
Prг = />= 0,4408
Nuг = 0,167ּ(2320)0,74ּ(0,4408)0,33ּ/>;
Nuг = 0,167ּ309,357ּ0,7631ּ1,1669= 46,1195
Рассчитаем критерий Nuж
Reж = /> (32)
Vж = />=/>= 0,0057633
где: ρж =998 кг/м3; />ж = 0,000801 />
Reж = /> = 257,6877
Prж = />, (33)
где Dж= 1,61ּ10-9м2/сек.
Prж = />= 498,512
Nuж = 0,21ּ(257,6877)0,75ּ(498,512)0,5=301,562
Расчет общегокоэффициента выполняем при коэффициенте равновесия К = 1. Получаем:
Кг = 46,1195 />= 0,02056 />;
Кж = 301,562 />= 1,35295ּ10-5/>;
К = /> = /> = 1,35206ּ10-5/>.
3.7 Определяемповерхность абсорбции
F = /> (34)
где: GH/>S – количество извлекаемогосероводорода;
К – общий коэффициентмассопередачи;
/> Рср – движущая силаподачи.
F = /> = 4695,87676 м2.
Определяем объем насадки
Vнас = /> (35)
где: f – удельная поверхность насадки
Vнас = /> = 53,6671 м3.
Определяем высоту насадки
H = /> (36)
Sскр = />=/>= 4,9 м2
где: d2 –диаметр скруббера;
Н =/>= 10,952 м
Принимаем высоту секциинасадки по 2 м каждая, тогда количество секций составит:
n = /> (37)
n = /> = 5,5= 6 шт.
Принимаем 2 скруббера по3 секции в каждом. Высота одного скруббера должна составлять (рис.18.):
H = nhсек +(n-1)Hосуш + H1 + Hгаз (38)
где: n – количествосекции, шт;
hсек – высота секции, м;
H1 – монтажнаявысота, равная 0,5 м;
Hгаз – высотагазовых патрубков, 1,3 м;
Hсуш – высотаосушающей насадки, 0,5 м.
Следовательно
Н = 3ּ2+(3-1)0,5+0,5+1,3=8,8/>9 м
Принимаем два скрубберавысотой по 9 м каждый и включаем их последовательно по раствору и газу.
Вывод
Выбранный нами вакуум-карбонатныйметод для очистки коксового газа от сероводорода разработан в 1938 г. и является усовершенствованным вариантом. В результате использования вакуума на стадиирегенерации сероводород получают в концентрированном виде, удобном для переработкии использования. В Советском Союзе вакуум-содовый и вакуум-поташный методыприменяют для очистки коксового газа. Технологическая схема процессапредставлена на рис.14.
Аппарат для улавливаниясероводорода из коксового газа – насадочный скруббер. Основными достоинстваминасадочных колонн являются простота устройства и низкое гидравлическоесопротивление.
Поверхность абсорбции 4695,87676 м2. Действительное количество поглотителя 80000 дм3/час. Количествосекций 6 шт, т.е. принимаем 2 скруббера по 3 секции в каждом.
Списокиспользованной литературы
1. А.Г. Касаткин «Основные процессы и аппаратыхимической технологии».
2. А.И. Толочко, В.И. Филипов, О.В. Филипьев «Очисткатехнологических газов в черной металлургии».
3. М.Я. Юдашкин «Пылеулавливание иочистка газов в черной металлургии».
4. Литвиненко М.С. Очистка коксового газа от сероводорода.
5. Глинка Н.Л. Общая химия.
6. Кузнецов В.В., Усть-Качкинцов В.Ф. Физическая и коллоиднаяхимия.
7. Очистка промышленных выбров и утилизация отходов.Сборник научных трудов. Л.,1985
8. Очистка промышленных газов и вопросывоздухораспределения. Сборник статей. Л.,1969